天然氣的主要成分為甲烷，此外還含有乙烷、丙烷、丁烷等烴類氣體，氮、CO2、H2S及微量氫、氦、氬等非烴類氣體，一般氣藏天然氣的甲烷含量在90%以上。油田伴生氣中甲烷含量占65%～80%，此外還含有相當(dāng)數(shù)量的乙烷、丙烷、丁烷等烴類氣體。一、天然氣主要組分的物理化學(xué)性質(zhì)
天然氣主要組分的物理化學(xué)性質(zhì)見表1-3-1。
表1-3-1 天然氣主要組分在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的物理化學(xué)性質(zhì)
名稱
分子式
相對(duì)分子質(zhì)量
摩爾體積Vm/(m3/kmol)
氣體常數(shù)R(J/kg·K)
密度ρ/(kg/m3)
臨界溫度Tc/K
臨界壓力Pc/MPa
高熱值Hh/(MJ/m3)
高熱值Hh/(MJ/kg)
低熱值H1/(MJ/m3)
甲烷
CH4
16.043
22.362
518.75
0.7174
190.58
4.544
39.842
35.906
乙烷
C2H6
30.07
22.187
276.64
1.3553
305.42
4.816
70.351
55.367
64.397
丙烷
C3H8
44.097
21.936
188.65
2.0102
369.82
4.194
101.266
51.908
93.240
正丁烷
n- C4H10
58.124
21.504
143.130
2.703
425.18
3.747
133.886
50.376
123.649
異丁烷
i-C4H10
58.124
21.598
143.13
2.6912
408.14
3.600
133.048
49.532
122.853
正戊烷
C15H12
72.151
20.891
115.27
3.4537
46.965
3.325
169.377
49.438
156.733
氫
H2
2.016
22.427
412.67
O.0898
33.25
1.280
12.745
49.042
10.786
氧
O2
31.999
22.392
259.97
1.4289
154.33
4.971
—
141.926
—
氮
N2
23.013
22.403
296.95
1.2507
125.97
3.349
—
—
氦
He
3.016
22.42
281.17
0.1345
3.35
0.118
—
—
二氧化磺
CO2
44.010
22.26
189.04
1.9768
304.25
7.290
—
—
—
硫化氫
H2S
34.076
22.18
244.17
1.5392
373.55
8.890
25.364
23.383
空氣
28.066
22.40
287.24
1.2931
132.4
3.725
—
16.488
—
水蒸氣
H2O
18.015
21.629
461.76
0.8330
647.00
21.830
—
名稱
低熱值H1/(MJ/kg)
爆炸極限(體積分?jǐn)?shù))/%
動(dòng)力黏度μ×106/(Pa·s)
運(yùn)動(dòng)黏度υ×106/(m2/s)
沸點(diǎn)/℃
定壓比熱容Cp/(kJ/m3·K)
絕熱指數(shù)K
導(dǎo)熱系數(shù)λ/[W/(m·K)]
偏心因子
上限
下限
甲烷
5.0
15.0
10.60
14.50
-161.49
1.545
1.309
0.03024
0.0104
乙烷
50.05
2.9
13.0
8.77
6.41
-88.00
2.244
1.198
0.01861
0.0986
丙烷
47.515
2.1
9.5
7.65
3.81
-42.05
2.960
1.161
0.01512
0.1524
正丁烷
46.383
1.5
8.5
6.97
2.53
-0.05
3.710
1.144
0.01349
0.2010
異丁烷
45.745
1.8
8.5
-11.72
—
1.144
—
0.1848
正戊烷
45.65
1.4
8.3
6.48
1.85
36.06
—
1.121
—
0.2539
氫
45.381
4.0
75.9
8.52
93.00
-252.75
1.298
1.407
0.2163
0
氧
120.111
—
—
19.86
13.60
-182.98
1.315
1.400
0.0250
0.0213
氮
—
—
17.00
13.30
-195.78
1.302
1.402
0.02489
0.04
氦
—
—
—
—
-269.95
—
1.640
—
—
二氧化碳
—
—
—
14.30
7.09
-78.20
0.620
1.304
0.01372
0.225
硫化氫
4.3
45.5
11.90
7.63
-60.20
1.557
1.320
0.01314
0.100
空氣
15.192
—
—
17.50
13.40
-192.50
1.306
1.401
0.02489
—
水蒸氣
—
—
8.60
10.12
—
1.491
1.335
0.01617
0.3480
二、天然氣中有機(jī)硫化合物的主要性質(zhì)
天然氣中除含有H2S外，還含有數(shù)量不等的硫醇、硫醚以及微量的二硫化碳、硫化羰。有機(jī)硫化物多數(shù)具有特殊的臭味，只要有很少量存在就能憑嗅覺(jué)察到。因此，甲硫醇和噻吩被用作為天然氣加臭劑，當(dāng)輸配氣管道發(fā)生泄漏時(shí)能夠及時(shí)察覺(jué)。
天然氣中有機(jī)硫化物的主要性質(zhì)見表1-3-2。
表1-3-2 天然氣中有機(jī)硫化合物的主要性質(zhì)
名稱
分子式
相對(duì)分子質(zhì)量
相對(duì)密度
熔點(diǎn)/℃
沸點(diǎn)/℃
臨界溫度/℃
臨界壓力/MPa
臨界密度/(kg/L)
溶解性能
水
醇
醚
甲硫醇
CH3SH
48.1
d0=0.896
-121
5.8
196.8
7.14
0.323
溶
極易溶
極易溶
乙硫醇
C2H5SH
62.13
d420=0.839
-121
36～37
225.25
5.42
0.301
1.5g/100 g
溶
溶
正丙硫醇
C3H7SH
76.15
d425=0.836
-112
67～68
—
—
—
難溶
溶
溶
異丙硫醇
(CH3)2CHSH
76.15
d425=0.809
-130.7
58～60
—
—
—
極難溶
無(wú)限溶
無(wú)限溶
正丁硫醇
C4H9SH
90.18
d425=0.837
-116
97～98
—
—
—
微溶
易溶
易溶
2-甲基丙硫醇
(CH3)2CHCH2SH
90.18
d420=0.836
＜-79
88
—
—
—
極微深
易溶
易溶
叔丁硫醇
(CH2)2CSH
90.18
—
—
65～67
—
—
—
—
—
—
甲硫醚
(CH3)2S
62.13
d421=0.846
-83.2
37.3
229.9
0.306
0.306
不溶
溶
溶
乙硫醚
(C2H5)2S
90.18
d420=0.837
-99.5
92～93
283.8
.0279
0.279
0.31g/100g
無(wú)限溶
無(wú)限溶
硫化羰
COS
60.07
2.79g/L
-138.2
-50.2
105.0
—
—
800mg/100mg
溶
溶
噻吩
C4H4S
84.13
d415=1.070
-30
84
317.0
—
—
不溶
溶
—
硫
S
32.06
—
120
444.6
1040.0
—
—
—
—
—
三、天然氣中其他組分的性質(zhì)
1. 氦
氦是少數(shù)氣藏天然氣中可能存在的微量組分。天然氣中氦含量一般在0.01%～1.3%，但個(gè)別氣藏中氦含量達(dá)到8%～9%。如美國(guó)維爾得克特氣田Santaffe8號(hào)井，天然氣中氦含量高達(dá)9.5%，我國(guó)四川盆地威遠(yuǎn)氣田震旦系氣藏天然氣中氦含量在0.25%～0.35%。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將天然氣組分中含氦量達(dá)到0.1%以上者稱為含氦氣藏。
由于氦氣的特殊性質(zhì)，沸點(diǎn)極低3.2K(-269.8℃)，臨界溫度為3.35K(-269.95℃)，是無(wú)色、無(wú)臭的化學(xué)惰性氣體，在工業(yè)和國(guó)防上具有特殊的用途，如作低溫致冷劑、潛艇中的人造空氣，用于氦氣球、氦飛船等。含氦氣藏開發(fā)利用已得到高度重視。
2. 氡
氡是一種放射性元素，也稱為鐳射氣，相對(duì)分子質(zhì)量為222，半衰期為3.8d，為無(wú)色氣體，凝點(diǎn)-71℃、沸點(diǎn)-61.8℃、密度9.73kg/m3。由于氡的沸點(diǎn)靠近丙烷，因此，它趨向于在丙烷氣流中富集。當(dāng)氡含量高于2000Bq/m3時(shí)，存在放射性危害。荷蘭某天然氣井的氡含量達(dá)到167Bq/m3。我國(guó)少數(shù)氣井的天然氣中也有氡的顯示，但含量極低。
3. 水蒸氣或凝析水
天然氣中常含有一定量的水蒸氣或凝析水，其含量高低取決于天然氣的壓力和溫度。當(dāng)天然氣被水飽和時(shí)，會(huì)析出水滴，即凝析水。凝析水往往是造成腐蝕和形成水化物的主要因素。
4. 汞
某些天然氣中含有微量汞，在1～1000ng/m3之間，荷蘭某天然氣井中汞含量為4ng/m3，我國(guó)松遼盆地中央坳陷北部三肇凹陷北部汪家屯氣田下白堊統(tǒng)扶、楊氣藏天然氣中汞蒸氣含量高達(dá)2027ng/m3。
汞是一種重金屬元素，俗稱水銀，常溫下呈液態(tài)，銀白色，易流動(dòng)，密度13.596g/cm3，凝點(diǎn)-39℃，沸點(diǎn)356℃。在常溫下能與硫化合生成硫化汞。汞不溶于水，能溶于硝酸，不被鹽酸和冷硫酸侵蝕，汞蒸氣對(duì)人體有毒。閾限值(TLV)為50ng/m3時(shí)，汞蒸氣會(huì)導(dǎo)致鋁熱交換器和管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。
5. 粉塵
由于天然氣在開采、輸送和分配管網(wǎng)的腐蝕所夾帶的固體粒子，主要成分是攜入的泥沙、礦物粉塵、因腐蝕形成的氧化鐵等。這些粉塵的粒度為1～50μm。粉塵會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)、控制系統(tǒng)和計(jì)量裝置出現(xiàn)故障。
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